RU2848154C2 - Method for determining ultrasound dose parameters, electronic device and data carrier for a computer - Google Patents
Method for determining ultrasound dose parameters, electronic device and data carrier for a computerInfo
- Publication number
- RU2848154C2 RU2848154C2 RU2024139693A RU2024139693A RU2848154C2 RU 2848154 C2 RU2848154 C2 RU 2848154C2 RU 2024139693 A RU2024139693 A RU 2024139693A RU 2024139693 A RU2024139693 A RU 2024139693A RU 2848154 C2 RU2848154 C2 RU 2848154C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ultrasound
- distribution
- absorbed
- information
- energy
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники, к которой относится настоящее раскрытиеField of technology to which the present disclosure pertains
[0001] Настоящее раскрытие относится к технической области ультразвука и, в частности, к способу определения параметров дозы ультразвука, электронному устройству и носителю данных для компьютера.[0001] The present disclosure relates to the technical field of ultrasound and, in particular, to a method for determining ultrasound dose parameters, an electronic device and a data carrier for a computer.
Предшествующий уровень техники настоящего раскрытияPrior art of the present disclosure
[0002] Технология ультразвуковой терапии все больше привлекает большое внимание в различных областях современной жизни, в частности, в научных исследованиях, при разработке аппаратов для медицинских учреждений, в клинической практике и при определении политики в области здравоохранения. Благодаря быстрому росту популярности технологии ультразвуковой терапии более 2800 больниц в Китае уже применяют технологию ультразвуковой терапии, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (Food and Drug Administration - FDA) в Соединенных Штатах уже одобрило применение технологии ультразвуковой терапии для лечения рака предстательной железы, рака молочной железы, рака костей, миомы матки, болезни Паркинсона и эссенциального тремора, при этом технология ультразвуковой терапии была экспортирована в более чем 30 стран, а общее количество пролеченных пациентов составляет более 3000000. Технология ультразвуковой терапии является не просто новым способом, позволяющим лечить злокачественные опухоли или доброкачественные опухоли, она постепенно развивалась и превратилась в новое направление и новую отрасль для лечения многочисленных неопухолевых заболеваний.[0002] Ultrasound therapy technology has attracted increasing attention in various fields of modern life, such as scientific research, the development of medical equipment, clinical practice and health policy. With the rapid growth of ultrasound therapy technology, more than 2,800 hospitals in China have already adopted ultrasound therapy technology, the Food and Drug Administration (FDA) in the United States has approved the use of ultrasound therapy technology for the treatment of prostate cancer, breast cancer, bone cancer, uterine fibroids, Parkinson's disease and essential tremor, and ultrasound therapy technology has been exported to more than 30 countries, with a total number of treated patients reaching more than 3,000,000. Ultrasound therapy technology is not just a new way to treat malignant tumors or benign tumors, but has gradually developed into a new direction and a new industry for the treatment of numerous non-tumor diseases.
[0003] В технологии терапии высокоинтенсивным фокусированным ультразвуком (high-intensity focused ultrasound - HIFU) эффективная предоперационная оценка дозы ультразвука и воздействие этой дозой на организм пациента являются ключом к повышению безопасности и лечебного эффекта фокусированного ультразвука, но воздействие дозой ультразвука в процессе клинической терапии фокусированным ультразвуком в основном зависит от опыта врачей, что увеличивает сложность обучения и освоения практики терапии фокусированным ультразвуком для новых операторов, в частности, для лечения некоторых особых случаев.[0003] In high-intensity focused ultrasound (HIFU) therapy technology, effective preoperative ultrasound dose estimation and dose exposure to the patient's body are the key to improving the safety and therapeutic effect of focused ultrasound, but the ultrasound dose exposure in the process of clinical focused ultrasound therapy mainly depends on the experience of physicians, which increases the difficulty of learning and mastering the practice of focused ultrasound therapy for new operators, particularly for the treatment of some special cases.
Краткое описание настоящего раскрытияBrief Description of the Present Disclosure
[0004] В связи с вышеуказанными недостатками в предшествующем уровне техники в настоящем раскрытии предложены способ определения параметров дозы ультразвука, электронное устройство и носитель данных для компьютера.[0004] In view of the above-mentioned deficiencies in the prior art, the present disclosure provides a method for determining ultrasound dose parameters, an electronic device, and a data carrier for a computer.
[0005] Согласно первому аспекту вариантов осуществления настоящего раскрытия предложен способ определения параметров дозы ультразвука, предусматривающий следующие стадии:[0005] According to a first aspect of embodiments of the present disclosure, a method for determining ultrasound dose parameters is provided, comprising the following steps:
определение фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области в соответствии с целевым ультразвуковым преобразователем; иdetermining the actual information about the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal area in accordance with the target ultrasound transducer; and
в случае, когда фактическая информация о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области соответствует предварительно заданному условию, определение параметров дозы ультразвука в соответствии с фактической информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и информацией о целевом объекте.in the case where the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal area meets the predetermined condition, determining the ultrasound dose parameters in accordance with the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal area and information on the target object.
[0006] Согласно некоторым вариантам осуществления определение фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области в соответствии с целевым ультразвуковым преобразователем предусматривает следующие стадии:[0006] According to some embodiments, determining actual information about the distribution of absorbed ultrasound energy in a focal region in accordance with a target ultrasound transducer includes the following steps:
получение ультразвуковых изображений целевого объекта в В-режиме в соответствии с целевым ультразвуковым преобразователем; иobtaining B-mode ultrasound images of the target object in accordance with the target ultrasound transducer; and
определение фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области в соответствии с ультразвуковыми изображениями в В-режиме.determination of actual information about the distribution of absorbed ultrasound energy in the focal area in accordance with B-mode ultrasound images.
[0007] Согласно некоторым вариантам осуществления ультразвуковые изображения в В-режиме включают в себя ультразвуковое изображение в В-режиме до ультразвукового воздействия и ультразвуковое изображение в В-режиме после ультразвукового воздействия, а определение фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области в соответствии с ультразвуковыми изображениями в В-режиме предусматривает следующие стадии:[0007] According to some embodiments, the B-mode ultrasound images include a B-mode ultrasound image before the ultrasound exposure and a B-mode ultrasound image after the ultrasound exposure, and determining actual information about the distribution of absorbed ultrasound energy in a focal region in accordance with the B-mode ultrasound images includes the following steps:
вычисление смещения между ультразвуковым изображением в В-режиме до ультразвукового воздействия и ультразвуковым изображением в В-режиме после ультразвукового воздействия с помощью предварительно заданного алгоритма сопоставления блоков; иcalculating the offset between the B-mode ultrasound image before the ultrasound exposure and the B-mode ultrasound image after the ultrasound exposure using a predetermined block matching algorithm; and
определение фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области в соответствии со смещением и предварительно полученным соответствующим соотношением между смещениями и информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области.determining the actual information about the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region in accordance with the offset and the previously obtained corresponding relationship between the offsets and the information about the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region.
[0008] Согласно некоторым вариантам осуществления определение параметров дозы ультразвука в соответствии с фактической информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и информацией о целевом объекте предусматривает следующие стадии:[0008] According to some embodiments, determining ultrasound dose parameters in accordance with actual information about the distribution of absorbed ultrasound energy in the focal region and information about the target object includes the following steps:
определение информации об акустических характеристиках ткани целевого объекта в соответствии с фактической информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и информацией о целевом объекте; иdetermining information about the acoustic characteristics of the tissue of the target object in accordance with the actual information about the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region and information about the target object; and
определение параметров дозы ультразвука в соответствии с информацией об акустических характеристиках ткани.determination of ultrasound dose parameters in accordance with information on the acoustic characteristics of the tissue.
[0009] Согласно некоторым вариантам осуществления информация об акустических характеристиках тканей включает в себя акустическое давление, интенсивность ультразвука, скорость распространения ультразвука, акустическое затухание, акустический импеданс, информацию о распределении акустического поля и информацию о поглощении энергии.[0009] According to some embodiments, the information about the acoustic characteristics of the tissue includes acoustic pressure, ultrasound intensity, ultrasound propagation velocity, acoustic attenuation, acoustic impedance, acoustic field distribution information, and energy absorption information.
[0010] Согласно некоторым вариантам осуществления после определения фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области в соответствии с целевым ультразвуковым преобразователем в способе дополнительно предусмотрена стадия:[0010] According to some embodiments, after determining the actual information about the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region in accordance with the target ultrasound transducer, the method further comprises the step of:
определение эталонной информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, соответствующей целевому ультразвуковому преобразователю согласно предварительно полученному соответствующему соотношению между выходной мощностью ультразвуковых преобразователей и эталонной информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и выходной мощностью целевого ультразвукового преобразователя; иdetermining reference information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region corresponding to the target ultrasonic transducer according to a previously obtained corresponding relationship between the output power of the ultrasonic transducers and the reference information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region and the output power of the target ultrasonic transducer; and
фактическая информация о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, соответствующая предварительно заданному условию, включает в себя: разницу между фактической информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и эталонной информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, которая меньше предварительно заданного порогового значения.the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region corresponding to the predetermined condition includes: the difference between the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region and the reference information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region, which is less than the predetermined threshold value.
[0011] Согласно некоторым вариантам осуществления в способе дополнительно предусмотрена стадия:[0011] According to some embodiments, the method further comprises the step of:
в случае, когда фактическая информация о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области не соответствует предварительно заданному условию, проводится повторное определение целевого ультразвукового преобразователя из множества преобразователей, отличающихся по выходной мощности, до тех пор, пока фактическая информация о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, определенная в соответствии с повторно определенным целевым ультразвуковым преобразователем, не будет соответствовать предварительно заданному условию.in the case where the actual information on the distribution of the absorbed ultrasonic energy in the focal region does not meet the predetermined condition, the target ultrasonic transducer is re-determined from a plurality of transducers differing in output power until the actual information on the distribution of the absorbed ultrasonic energy in the focal region, determined in accordance with the re-determined target ultrasonic transducer, meets the predetermined condition.
[0012] Согласно некоторым вариантам осуществления параметры дозы ультразвука включают в себя параметр времени воздействия, параметр режима воздействия и параметр положения воздействия.[0012] According to some embodiments, the ultrasound dose parameters include an exposure time parameter, an exposure mode parameter, and an exposure position parameter.
[0013] Согласно второму аспекту вариантов осуществления настоящего раскрытия дополнительно предложено электронное устройство, включающее в себя:[0013] According to a second aspect of the embodiments of the present disclosure, there is further provided an electronic device including:
один или несколько процессоров; иone or more processors; and
запоминающее устройство, в котором хранится одна или несколько программ;a storage device that stores one or more programs;
одна или несколько программ при их выполнении на одном или нескольких процессорах заставляют один или несколько процессоров реализовать описанный выше способ определения параметров дозы ультразвука.one or more programs, when executed on one or more processors, cause one or more processors to implement the above-described method for determining ultrasound dose parameters.
[0014] Согласно третьему аспекту вариантов осуществления настоящего раскрытия дополнительно предложен носитель данных для компьютера, на котором хранится компьютерная программа, которая при своем выполнении реализует описанный выше способ определения параметров дозы ультразвука.[0014] According to a third aspect of the embodiments of the present disclosure, a data carrier for a computer is further provided, on which a computer program is stored, which, when executed, implements the above-described method for determining ultrasound dose parameters.
[0015] Благодаря способности воздействия ослабленным фокусированным ультразвуком, фокусированный ультразвук может использоваться для предварительного воздействия на множество целевых органов с клиническими заболеваниями для определения информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, а при использовании HIFU-терапии для получения возможности воздействия усиленным ультразвуком полученная информация о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области становится ближе к реальному процессу воздействия. Способ определения параметров дозы ультразвука, предложенный в настоящем раскрытии, эквивалентен выполнению предоперационной оценки на основе фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, и он может обеспечить получение точных результатов определения параметров дозы ультразвука.[0015] Due to the ability of attenuated focused ultrasound exposure, focused ultrasound can be used for pre-exposure to a plurality of target organs with clinical diseases to determine the distribution information of absorbed ultrasound energy in the focal region, and when using HIFU therapy to obtain the ability of enhanced ultrasound exposure, the obtained distribution information of absorbed ultrasound energy in the focal region becomes closer to the actual exposure process. The method for determining the ultrasound dose parameters proposed in the present disclosure is equivalent to performing a pre-operative assessment based on the actual distribution information of absorbed ultrasound energy in the focal region, and it can ensure obtaining accurate results of determining the ultrasound dose parameters.
[0016] Так как устраняется необходимость зависеть от человеческого опыта или выполнять в реальном времени контроль того, имеет ли целевой объект коагуляционный некроз, способ определения параметров дозы ультразвука, предложенный в настоящем раскрытии, обеспечивает количественную оценку воздействия сфокусированной энергии с помощью определения фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области при использовании целевого ультразвукового преобразователя, и может непосредственно определять параметры дозы ультразвука в соответствии с фактической информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и информацией о целевом объекте в случае, когда фактическая информация о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области соответствует предварительно заданному условию, что способствует повышению безопасности и эффективности воздействия дозой ультразвука в технологии HIFU-терапии, снижает сложность применения технологии HIFU-терапии и сокращает время обучения и применения технологии HIFU-терапии.[0016] Since it is necessary to depend on human experience or to perform real-time monitoring of whether a target object has coagulation necrosis, the method for determining the ultrasound dose parameters proposed in the present disclosure provides a quantitative assessment of the effect of focused energy by determining the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region when using a target ultrasound transducer, and can directly determine the ultrasound dose parameters according to the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region and the information on the target object in a case where the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region meets a predetermined condition, which contributes to improving the safety and effectiveness of the ultrasound dose effect in the HIFU therapy technology, reducing the complexity of using the HIFU therapy technology, and shortening the training and application time of the HIFU therapy technology.
Краткое описание фигурBrief description of the figures
[0017] На фиг. 1 показана первая схема алгоритма, иллюстрирующая способ определения параметров дозы ультразвука в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего раскрытия;[0017] Fig. 1 is a first flow chart illustrating a method for determining ultrasound dose parameters in accordance with one embodiment of the present disclosure;
[0018] На фиг. 2 показана вторая схема алгоритма, иллюстрирующая способ определения параметров дозы ультразвука в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего раскрытия;[0018] Fig. 2 is a second flow chart illustrating a method for determining ultrasound dose parameters in accordance with one embodiment of the present disclosure;
[0019] На фиг. 3 показана третья схема алгоритма, иллюстрирующая способ определения параметров дозы ультразвука в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего раскрытия;[0019] Fig. 3 is a third flow chart illustrating a method for determining ultrasound dose parameters in accordance with one embodiment of the present disclosure;
[0020] На фиг. 4 показана четвертая схема алгоритма, иллюстрирующая способ определения параметров дозы ультразвука в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего раскрытия;[0020] Fig. 4 is a fourth flow chart illustrating a method for determining ultrasound dose parameters in accordance with one embodiment of the present disclosure;
[0021] На фиг. 5 показана пятая схема алгоритма, иллюстрирующая способ определения параметров дозы ультразвука в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего раскрытия;[0021] Fig. 5 is a fifth flow chart illustrating a method for determining ultrasound dose parameters in accordance with one embodiment of the present disclosure;
[0022] На фиг. 6 показана блок-схема системы для определения параметров дозы ультразвука в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего раскрытия;[0022] Fig. 6 is a block diagram of a system for determining ultrasound dose parameters in accordance with one embodiment of the present disclosure;
[0023] На фиг. 7 показана блок-схема алгоритма, иллюстрирующая выбор преобразователя согласно одному из вариантов осуществления настоящего раскрытия;[0023] Fig. 7 is a flow chart illustrating the selection of a converter according to one embodiment of the present disclosure;
[0024] На фиг. 8 показана упрощенная схема, иллюстрирующая последовательность выполнения способа определения параметров дозы ультразвука в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего раскрытия.[0024] Fig. 8 is a simplified diagram illustrating a flow chart of a method for determining ultrasound dose parameters in accordance with one embodiment of the present disclosure.
Подробное описание вариантов осуществленияDetailed description of embodiments
[0025] Приведенные в качестве примера варианты осуществления будут более подробно описаны ниже со ссылками на фигуры, но приведенные в качестве примера варианты осуществления могут быть реализованы в разных формах и они не должны толковаться как ограничиваемые описанными в настоящем документе вариантами осуществления. Скорее, варианты осуществления предоставлены для того, чтобы сделать настоящее раскрытие всесторонним и полным, и они предназначены для того, чтобы позволить специалистам обычной квалификации в данной области техники полностью понять объем настоящего раскрытия.[0025] Exemplary embodiments will be described in more detail below with reference to the figures, but the exemplary embodiments may be embodied in various forms and should not be construed as limited to the embodiments described herein. Rather, the embodiments are provided to make the present disclosure comprehensive and complete, and they are intended to enable those of ordinary skill in the art to fully understand the scope of the present disclosure.
[0026] Термин «и/или», используемый в настоящем документе, включает в себя любые и все комбинации одной или нескольких ассоциированных перечисленных позиций.[0026] The term "and/or" as used herein includes any and all combinations of one or more associated listed items.
[0027] Используемые в настоящем документе термины применяются только для описания конкретных вариантов осуществления, и они не предназначены для ограничения настоящего раскрытия. Единственное число, используемое в настоящем документе, также считается включающим в себя множественное число, за исключением тех случаев, когда контекст ясно указывает иное. Следует также понимать, что термин(ы) «включать» и/или «изготавливаться из», используемые в настоящем документе, указывают на наличие описанных признаков, систем, стадий, операций, элементов и/или компонентов, но не препятствуют наличию или добавлении одного или нескольких других признаков, систем, стадий, операций, элементов, компонентов и/или комбинаций из них.[0027] The terms used herein are used only to describe particular embodiments and are not intended to limit the present disclosure. The singular used herein is also considered to include the plural, except where the context clearly indicates otherwise. It should also be understood that the term(s) "include" and/or "made of" used herein indicate the presence of the described features, systems, steps, operations, elements and/or components, but do not preclude the presence or addition of one or more other features, systems, steps, operations, elements, components and/or combinations thereof.
[0028] Варианты осуществления, описанные в настоящем документе, могут быть описаны со ссылкой на планы и/или виды поперечного разреза с помощью идеализированных упрощенных схем настоящего раскрытия. Соответственно, приведенные в качестве примера фигуры могут быть изменены в соответствии с производственными технологиями и/или допусками. Поэтому варианты осуществления не ограничиваются теми, которые показаны на приложенных фигурах, но также включают в себя модификации конфигурации, полученные согласно производственному процессу. Таким образом, области, показанные на фигурах, являются иллюстративными, и формы областей, показанных на фигурах, иллюстрируют конкретные формы областей элементов, но никак не предназначены для наложения ограничений.[0028] The embodiments described herein may be described with reference to plans and/or cross-sectional views using idealized simplified diagrams of the present disclosure. Accordingly, the exemplary figures may be modified in accordance with manufacturing technologies and/or tolerances. Therefore, the embodiments are not limited to those shown in the attached figures, but also include configuration modifications obtained according to the manufacturing process. Accordingly, the regions shown in the figures are illustrative, and the shapes of the regions shown in the figures illustrate specific shapes of the regions of the elements, but are not intended to impose any limitations.
[0029] Если не указано иное, все используемые в настоящем документе термины (включая технические и научные термины) имеют такие значения, которые обычно понимаются специалистами обычной квалификации в данной области техники. Следует также понимать, что термины, в частности, те, которые определены в общеупотребительных словарях, следует толковать как имеющие значение, которое согласуется со значением в контексте соответствующей технологии и предшествующего уровня техники настоящего раскрытия, и их не следует толковать в идеализированном или чрезмерно формальном смысле, если это прямо не определено в настоящем документе.[0029] Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art. It should also be understood that terms, in particular those defined in commonly used dictionaries, should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant technology and prior art of this disclosure, and should not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless expressly defined herein.
[0030] В настоящее время при клинической HIFU-терапии оценка дозы ультразвука и воздействие этой дозой обычно выполняются в зависимости от опыта медицинского персонала, что увеличивает сложность обучения и освоения лечения фокусированным ультразвуком для новых операторов, в частности, для лечения некоторых особых случаев. Когда оценка и контроль со стороны медицинского персонала недостаточно точны, чрезмерная доза ультразвука вызывает у пациентов значительные побочные эффекты и влияет на безопасность и лечебный эффект терапии.[0030] Currently, in clinical HIFU therapy, ultrasound dose assessment and dose delivery are usually performed based on the experience of medical personnel, which increases the difficulty of training and mastering focused ultrasound treatment for new operators, particularly for the treatment of certain special cases. When assessment and control by medical personnel are insufficiently accurate, excessive ultrasound dose causes significant side effects in patients and affects the safety and therapeutic effect of therapy.
[0031] Другим распространенным способом оценки дозы ультразвука и воздействие этой дозой является контроль наличия коагуляционного некроза у целевого объекта в режиме реального времени и прекращение воздействия ультразвука после того, как будет установлено, что в целевом объекте возник коагуляционный некроз, или увеличение дозы ультразвука, если не обнаружено, что в целевом объекте возник коагуляционный некроз. Например, возникновение коагуляционного некроза можно контролировать с помощью ультразвука в В-режиме, а изменение в режиме серой шкалы в целевой области (то есть появление массивной гиперэхогенной области) принимается в качестве критерия для определения возникновения коагуляционного некроза в тканях. Следовательно, невозможно определить, что коагуляционный некроз происходит, если в целевой области нет изменений в режиме серой шкалы. Однако возникновение коагуляционного некроза не обязательно вызывает массивную гиперэхогенную область. Если доза ультразвука увеличивается при условии, что коагуляционный некроз возникает в области воздействия, но массивная гиперэхогенная область не появляется во время контроля изображения, безопасность клинического лечения HIFU может быть под вопросом. Помимо контроля с помощью ультразвука в В-режиме, магнитно-резонансная томография (МРТ) может использоваться для контроля температур с целью определения образования коагуляционного некроза, время визуализации МРТ составляет около 3 с (секунд), но для образования коагуляционного некроза HIFU требуется около 0,5 с - 5 с, поэтому с помощью МРТ нельзя фактически реализовать контроль в реальном масштабе времени, а значение температуры или рассчитанная тепловая доза не могут в достаточной степени продемонстрировать возникновение коагуляционного некроза. Следовательно, вышеуказанный способ не является обоснованным.[0031] Another common method for estimating the ultrasound dose and the effect of this dose is to monitor the presence of coagulative necrosis in the target object in real time and to stop the ultrasound exposure after it is determined that coagulative necrosis has occurred in the target object, or to increase the ultrasound dose if it is not determined that coagulative necrosis has occurred in the target object. For example, the occurrence of coagulative necrosis can be monitored using B-mode ultrasound, and a change in the gray scale mode in the target area (i.e., the appearance of a massive hyperechoic area) is taken as a criterion for determining the occurrence of coagulative necrosis in tissue. Therefore, it is impossible to determine that coagulative necrosis has occurred if there is no change in the gray scale mode in the target area. However, the occurrence of coagulative necrosis does not necessarily cause a massive hyperechoic area. If the ultrasound dose is increased when coagulative necrosis occurs in the treatment area, but a massive hyperechoic area does not appear during imaging, the safety of HIFU clinical treatment may be questionable. In addition to B-mode ultrasound guidance, magnetic resonance imaging (MRI) can be used for temperature monitoring to detect the formation of coagulative necrosis. MRI imaging time is approximately 3 seconds, but HIFU requires approximately 0.5 seconds to develop coagulative necrosis. Therefore, MRI cannot effectively achieve real-time monitoring, and the temperature value or calculated thermal dose cannot sufficiently demonstrate the occurrence of coagulative necrosis. Therefore, the above method is not valid.
[0032] Подводя итог, можно сказать, что все еще существует много проблем в оценке дозы ультразвук и при воздействии этой дозой при клиническом применении HIFU-терапии.[0032] In summary, there are still many problems in estimating the ultrasound dose and the exposure to this dose in clinical application of HIFU therapy.
[0033] В связи с вышеизложенным согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия предложено, что доза ультразвука может быть определена на основе информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области. Соответственно, как показано на фиг.1, согласно варианту осуществления настоящего раскрытия предложен способ определения параметров дозы ультразвука, в котором могут быть предусмотрены следующие стадии:[0033] In connection with the above, according to embodiments of the present disclosure, it is proposed that the ultrasound dose can be determined based on information about the distribution of absorbed ultrasound energy in the focal region. Accordingly, as shown in Fig. 1, according to an embodiment of the present disclosure, a method for determining ultrasound dose parameters is proposed, which can include the following steps:
стадия S1, определение фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области в соответствии с целевым ультразвуковым преобразователем; иstage S1, determining the actual information about the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region in accordance with the target ultrasound transducer; and
стадия S2, в случае, когда фактическая информация о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области соответствует предварительно заданному условию, определение параметров дозы ультразвука в соответствии с фактической информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и информацией о целевом объекте.stage S2, in the case where the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal area meets the predetermined condition, determining the ultrasound dose parameters in accordance with the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal area and information on the target object.
[0034] Ультразвуковой преобразователь является основным устройством аппарата ультразвуковой терапии, он выполняет преобразование одной формы энергии в другую форму энергии среди следующих энергий: электрической энергии, механической энергии и акустической энергии, он также называется активным датчиком; фокальная область представляет собой целевую область биологических тканей, где фокусируется ультразвук; и целевым объектом может быть живой организм или биологические ткани. После определения параметров дозы ультразвука фактическая доза ультразвука может быть скорректирована в соответствии с параметрами дозы ультразвука.[0034] The ultrasonic transducer is the core device of the ultrasonic therapy apparatus, which converts one form of energy into another form of energy among the following energies: electrical energy, mechanical energy, and acoustic energy, and is also called an active transducer; the focal area is the target area of biological tissue where ultrasound is focused; and the target object can be a living organism or biological tissue. After determining the ultrasound dose parameters, the actual ultrasound dose can be adjusted according to the ultrasound dose parameters.
[0035] Благодаря способности воздействия ослабленным фокусированным ультразвуком, фокусированный ультразвук может использоваться для предварительного воздействия на множество целевых органов с клиническими заболеваниями для определения информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, и при использовании HIFU-терапии для получения возможности воздействия усиленным ультразвуком полученная информация о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области становится ближе к реальному процессу воздействия. Способ определения параметров дозы ультразвука, предложенный в настоящем раскрытии, эквивалентен выполнению предоперационной оценки на основе фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, и он может обеспечить получение точных результатов определения параметров дозы ультразвука.[0035] Due to the ability of attenuated focused ultrasound exposure, focused ultrasound can be used for pre-exposure to a plurality of target organs with clinical diseases to determine the distribution information of absorbed ultrasound energy in the focal region, and when using HIFU therapy to obtain the ability of enhanced ultrasound exposure, the obtained distribution information of absorbed ultrasound energy in the focal region becomes closer to the actual exposure process. The method for determining the ultrasound dose parameters proposed in the present disclosure is equivalent to performing a pre-operative assessment based on the actual distribution information of absorbed ultrasound energy in the focal region, and it can ensure obtaining accurate results of determining the ultrasound dose parameters.
[0036] Так как устраняется необходимость зависеть от человеческого опыта или выполнять в реальном времени контроль того, имеет ли целевой объект коагуляционный некроз, способ определения параметров дозы ультразвука, предложенный в настоящем раскрытии, обеспечивает количественную оценку воздействия сфокусированной энергии с помощью определения фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области при использовании целевого ультразвукового преобразователя, и позволяет непосредственно определять параметры дозы ультразвука в соответствии с фактической информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и информацией о целевом объекте в случае, когда фактическая информация о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области соответствует предварительно заданному условию, что способствует повышению безопасности и эффективности воздействия дозой ультразвука в технологии HIFU-терапии, снижает сложность применения технологии HIFU-терапии и сокращает время обучения и применения технологии HIFU-терапии.[0036] Since it is necessary to depend on human experience or to perform real-time monitoring of whether a target object has coagulation necrosis, the method for determining the ultrasound dose parameters proposed in the present disclosure provides a quantitative assessment of the effect of focused energy by determining the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region when using a target ultrasound transducer, and can directly determine the ultrasound dose parameters in accordance with the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region and the information on the target object in the case where the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region meets a predetermined condition, which contributes to improving the safety and effectiveness of the ultrasound dose effect in the HIFU therapy technology, reduces the complexity of using the HIFU therapy technology, and shortens the training and application time of the HIFU therapy technology.
[0037] Согласно некоторым вариантам осуществления, как показано на фиг.2, определение фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области в соответствии с целевым ультразвуковым преобразователем (то есть стадия S1) может предусматривать следующие стадии:[0037] According to some embodiments, as shown in Fig. 2, determining actual information about the distribution of absorbed ultrasound energy in the focal region in accordance with the target ultrasound transducer (i.e., step S1) may include the following steps:
стадия S11, получение ультразвуковых изображений целевого объекта в В-режиме в соответствии с целевым ультразвуковым преобразователем; иstep S11, obtaining ultrasound images of the target object in B-mode in accordance with the target ultrasound transducer; and
стадия S12, определение фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области в соответствии с ультразвуковыми изображениями в В-режиме.stage S12, determining the actual information about the distribution of absorbed ultrasound energy in the focal area in accordance with the B-mode ultrasound images.
[0038] Нижняя часть целевого ультразвукового преобразователя помещается в дегазированную водную зону, а целевой объект помещается в верхнюю часть целевого ультразвукового преобразователя. Когда целевой преобразователь работает, целевой объект сканируется с помощью ультразвука в В-режиме для получения ультразвуковых изображений целевого объекта в В-режиме, и фактическая информация о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области может быть определена в соответствии с ультразвуковыми изображениями целевого объекта в В-режиме. В частности, соответствующая взаимосвязь между смещениями и информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области может быть изучена заранее с помощью алгоритма искусственного интеллекта, в частности, машинного обучения, и когда получены ультразвуковые изображения целевого объекта в В-режиме, смещение в результате воздействия ультразвука вычисляется в соответствии с изображениями, и соответствующая взаимосвязь ищется в соответствии с вычисленным смещением, благодаря этому определяется фактическая информация о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области целевого объекта.[0038] The lower part of the target ultrasonic transducer is placed in a degassed water zone, and the target object is placed in the upper part of the target ultrasonic transducer. When the target transducer is operated, the target object is scanned using B-mode ultrasound to obtain B-mode ultrasonic images of the target object, and actual information about the distribution of the absorbed ultrasonic energy in the focal region can be determined according to the B-mode ultrasonic images of the target object. Specifically, the corresponding relationship between the displacements and the distribution information of the absorbed ultrasound energy in the focal region can be learned in advance by an artificial intelligence algorithm, in particular machine learning, and when the ultrasound images of the target object are obtained in B-mode, the displacement due to the ultrasound effect is calculated according to the images, and the corresponding relationship is searched according to the calculated displacement, thereby determining the actual distribution information of the absorbed ultrasound energy in the focal region of the target object.
[0039] Соответственно, согласно некоторым вариантам осуществления ультразвуковые изображения в В-режиме включают в себя ультразвуковое изображение в В-режиме до воздействия ультразвука и ультразвуковое изображение в В-режиме после воздействия ультразвука. Как показано на фиг.3, определение фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области в соответствии с ультразвуковыми изображениями в В-режиме (то есть стадия S12) может предусматривать следующие стадии:[0039] Accordingly, according to some embodiments, the B-mode ultrasound images include a B-mode ultrasound image before the ultrasound exposure and a B-mode ultrasound image after the ultrasound exposure. As shown in Fig. 3, determining the actual information about the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region according to the B-mode ultrasound images (i.e., step S12) may include the following steps:
стадия S121, вычисление смещения между ультразвуковым изображением в В-режиме до воздействия ультразвука и ультразвуковым изображением в В-режиме после воздействия ультразвука с помощью предварительно заданного алгоритма сопоставления блоков; иstep S121, calculating the offset between the B-mode ultrasound image before the ultrasound exposure and the B-mode ultrasound image after the ultrasound exposure using a predetermined block matching algorithm; and
стадия S122, определение фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области в соответствии со смещением и предварительно полученным соответствующим соотношением между смещениями и информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области.step S122, determining actual information about the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region in accordance with the offset and the previously obtained corresponding relationship between the offsets and the information about the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region.
[0040] Предварительно заданный алгоритм сопоставления блоков может быть двухмерным алгоритмом сопоставления блоков с переходом от грубого к точному шаблону поиска. Конечно, предварительно заданный алгоритм сопоставления блоков может быть любым другим алгоритмом сопоставления блоков, способным вычислить смещение между изображениями.[0040] The predefined block matching algorithm may be a two-dimensional block matching algorithm with a transition from a coarse to a fine search pattern. Of course, the predefined block matching algorithm may be any other block matching algorithm capable of calculating the offset between images.
[0041] Существующая технология визуализации не способна определить фактическую информацию о распределении поглощенной энергии ультразвука при воздействии на пораженный заболеванием объект, но с помощью способа определения параметров дозы ультразвука, предложенного согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия, смещение между ультразвуковым изображением в В-режиме до воздействия ультразвука и ультразвуковым изображением в В-режиме после воздействия ультразвука вычисляется с помощью предварительно заданного алгоритма сопоставления блоков, и фактическая информация о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области может быть определена в соответствии со смещением и предварительно полученным соответствующим соотношением между смещениями и информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, что способствует повышению безопасности и эффективности воздействия дозы ультразвука в технологии HIFU-терапии.[0041] The existing imaging technology is not capable of determining the actual information about the distribution of the absorbed ultrasound energy when acting on a diseased object, but with the ultrasound dose parameter determination method proposed according to the embodiments of the present disclosure, the offset between the B-mode ultrasound image before the ultrasound exposure and the B-mode ultrasound image after the ultrasound exposure is calculated using a predetermined block matching algorithm, and the actual information about the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region can be determined according to the offset and the pre-obtained corresponding relationship between the offsets and the information about the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region, which contributes to improving the safety and effectiveness of the ultrasound dose exposure in the HIFU therapy technology.
[0042] Согласно некоторым вариантам осуществления, как показано на фиг. 4, определение параметров дозы ультразвука в соответствии с фактической информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и информацией о целевом объекте (то есть стадия S2) может предусматривать следующие стадии:[0042] According to some embodiments, as shown in Fig. 4, determining the ultrasound dose parameters in accordance with the actual information about the distribution of absorbed ultrasound energy in the focal region and information about the target object (i.e., step S2) may include the following steps:
стадия S21, определение информации об акустических характеристиках ткани целевого объекта в соответствии с фактической информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и информацией о целевом объекте; иstep S21, determining information on the acoustic characteristics of the tissue of the target object in accordance with the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region and the information on the target object; and
стадия S22, определение параметров дозы ультразвука в соответствии с информацией об акустических характеристиках ткани.stage S22, determination of ultrasound dose parameters in accordance with information on the acoustic characteristics of the tissue.
[0043] Согласно некоторым вариантам осуществления информация об акустических характеристиках ткани включает в себя акустическое давление, интенсивность ультразвука, скорость распространения ультразвука, акустическое затухание, акустический импеданс, информацию о распределении акустического поля и информацию о поглощении энергии.[0043] According to some embodiments, the information about the acoustic characteristics of the tissue includes acoustic pressure, ultrasound intensity, ultrasound propagation velocity, acoustic attenuation, acoustic impedance, acoustic field distribution information, and energy absorption information.
[0044] В случае, когда целевой объект является живым организмом, информация о целевом объекте может включать в себя пол, индекс массы тела (ИМТ или индекс Кетле 2) и индекс терпимости к дозе ультразвука в В-режиме.[0044] In the case where the target object is a living organism, the information about the target object may include gender, body mass index (BMI or Quetelet index 2), and B-mode ultrasound dose tolerance index.
[0045] Получив заранее соответствующее соотношение между выходной мощностью ультразвуковых преобразователей и информацией об эталонном распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, можно создавать индивидуальные планы дозировки ультразвукового воздействия для различных целевых объектов согласно соответствующему соотношению. Соответственно, согласно некоторым вариантам осуществления, как показано на фиг.5, после определения фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области в соответствии с целевым ультразвуковым преобразователем (то есть стадия S1), способ может дополнительно предусматривать следующую стадию: стадия S1', определение информации об эталонном распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, соответствующей целевому ультразвуковому преобразователю согласно предварительно полученному соответствующему соотношению между выходной мощностью ультразвуковых преобразователей и информацией об эталонном распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и выходной мощностью целевого ультразвукового преобразователя.[0045] Having previously obtained a corresponding relationship between the output power of the ultrasonic transducers and the information about the reference distribution of the absorbed ultrasonic energy in the focal region, it is possible to create individual plans of ultrasonic exposure dosage for different target objects according to the corresponding relationship. Accordingly, according to some embodiments, as shown in Fig. 5, after determining the actual information about the distribution of the absorbed ultrasonic energy in the focal region in accordance with the target ultrasonic transducer (that is, step S1), the method may further include the following step: step S1', determining the information about the reference distribution of the absorbed ultrasonic energy in the focal region corresponding to the target ultrasonic transducer according to the previously obtained corresponding relationship between the output power of the ultrasonic transducers and the information about the reference distribution of the absorbed ultrasonic energy in the focal region and the output power of the target ultrasonic transducer.
[0046] Соответственно, фактическая информация об эталонном распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, соответствующая предварительно заданному условию (как описано в стадии S2), может включать в себя: разницу между фактической информацией об эталонном распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и информацией об эталонном распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, которая меньше предварительно заданного порогового значения.[0046] Accordingly, the actual information about the reference distribution of the absorbed ultrasonic energy in the focal region corresponding to the predetermined condition (as described in step S2) may include: a difference between the actual information about the reference distribution of the absorbed ultrasonic energy in the focal region and the information about the reference distribution of the absorbed ultrasonic energy in the focal region that is less than a predetermined threshold value.
[0047] Текущий целевой преобразователь выбирается из множества преобразователей, отличающихся по выходной мощности в соответствии с фактическим состоянием целевого объекта. Например, текущий целевой преобразователь может быть выбран в соответствии с информацией о целевом объекте, шаблоном и размером болезненного поражения целевого объекта и т.п.[0047] The current target transducer is selected from a plurality of transducers differing in output power in accordance with the actual state of the target object. For example, the current target transducer may be selected in accordance with information about the target object, the pattern and size of the painful lesion of the target object, and the like.
[0048] Что касается фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, определенной при воздействии выбранного целевого ультразвукового преобразователя на целевой объект, если разница между фактической информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и предварительно полученной эталонной информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, соответствующей целевому ультразвуковому преобразователю, невелика (то есть разница между фактической информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и эталонной информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области меньше предварительно заданного порога), можно считать, что текущий выбранный целевой преобразователь является преобразователем, подходящим для целевого объекта, и план лечения может быть составлен в соответствии с целевым ультразвуковым преобразователем, то есть параметры дозы ультразвука могут быть определены в соответствии с информацией о целевом объекте и фактической информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, определенной в соответствии с целевым ультразвуковым преобразователем.[0048] With regard to the actual information on the distribution of the absorbed ultrasonic energy in the focal region determined when the selected target ultrasonic transducer acts on the target object, if the difference between the actual information on the distribution of the absorbed ultrasonic energy in the focal region and the previously obtained reference information on the distribution of the absorbed ultrasonic energy in the focal region corresponding to the target ultrasonic transducer is small (that is, the difference between the actual information on the distribution of the absorbed ultrasonic energy in the focal region and the reference information on the distribution of the absorbed ultrasonic energy in the focal region is less than a predetermined threshold), it can be considered that the currently selected target transducer is a transducer suitable for the target object, and a treatment plan can be made in accordance with the target ultrasonic transducer, that is, the ultrasound dose parameters can be determined in accordance with the information on the target object and the actual information on the distribution of the absorbed ultrasonic energy in the focal region determined in accordance with the target ultrasonic transducer.
[0049] Согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия диапазон выходной мощности, поддерживаемый преобразователями, относительно большой, и один преобразователь выбирается из множества преобразователей, отличающихся по выходной мощности, в качестве целевого преобразователя, и, благодаря регулировке выходной мощности преобразователя для воздействия на биологические ткани, может быть получена информация об поглощенной энергии ультразвуковых волн, отличающихся по размеру и распределению, то есть соответствующая взаимосвязь между выходной мощностью ультразвуковых преобразователей и информацией об эталонном распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области. Кроме того, как описано выше, благодаря способности воздействия ослабленным фокусированным ультразвуком, фокусированный ультразвук может использоваться для предварительного воздействия на множество целевых органов с клиническими заболеваниями для определения информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, так что способ определения параметров дозы ультразвука, предложенный согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия, эквивалентен выполнению предоперационной оценки на основе фактической информации о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области. Кроме того, далее определяется, соответствует ли фактическая информация о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области предварительно заданному условию, что делает весь процесс похожим на эксперимент по проверке моделирования, так что могут быть получены точные результаты определения параметров дозы ультразвука.[0049] According to embodiments of the present disclosure, the range of output power supported by the transducers is relatively large, and one transducer is selected from a plurality of transducers differing in output power as a target transducer, and by adjusting the output power of the transducer for acting on biological tissues, information on the absorbed energy of ultrasonic waves differing in size and distribution can be obtained, that is, a corresponding relationship between the output power of the ultrasonic transducers and the information on the reference distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region. In addition, as described above, due to the ability of acting with attenuated focused ultrasound, focused ultrasound can be used for pre-exposure to a plurality of target organs with clinical diseases to determine the information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region, so that the method for determining the ultrasound dose parameters proposed according to embodiments of the present disclosure is equivalent to performing a pre-operative assessment based on the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region. In addition, it is further determined whether the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region meets the predetermined condition, which makes the whole process similar to a simulation verification experiment, so that accurate results of determining the ultrasound dose parameters can be obtained.
[0050] Согласно некоторым вариантам осуществления способ может дополнительно предусматривать следующую стадию: в случае, когда фактическая информация о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области не соответствует предварительно заданному условию, проводится повторное определение целевого ультразвукового преобразователя из множества преобразователей, отличающихся по выходной мощности, до тех пор, пока фактическая информация о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, определенная в соответствии с повторно определенным целевым ультразвуковым преобразователем, не будет соответствовать предварительно заданному условию.[0050] According to some embodiments, the method may further include the following step: in the case where the actual information about the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region does not correspond to the predetermined condition, the target ultrasound transducer is re-determined from a plurality of transducers that differ in output power until the actual information about the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region, determined in accordance with the re-determined target ultrasound transducer, does not correspond to the predetermined condition.
[0051] Согласно некоторым вариантам осуществления параметры дозы ультразвука включают в себя параметр времени воздействия, параметр режима воздействия и параметр положения воздействия.[0051] According to some embodiments, the ultrasound dose parameters include an exposure time parameter, an exposure mode parameter, and an exposure position parameter.
[0052] Режимы воздействия могут включать в себя режим точечного сканирования и режим линейного сканирования.[0052] The action modes may include a point scanning mode and a linear scanning mode.
[0053] Как показано на фиг. 6, которая представляет собой блок-схему системы для определения параметров дозы ультразвука согласно варианту осуществления настоящего раскрытия, система для определения параметров дозы ультразвука может включать в себя сканирующий модуль, визуализирующий модуль, вычислительный модуль, оценочный модуль, запоминающий модуль, определяющий модуль, дисплейный модуль и генерирующий модуль. В дополнение к модулям, показанным на фиг. 6, система для определения параметров дозы ультразвука может дополнительно включать в себя систему возбуждения ультразвукового преобразователя, систему управления HIFU и систему очистки воды. Сканирующий модуль выполнен с возможностью сканировать целевой объект и отправлять информацию, полученной с помощью сканирования, в визуализирующий модуль, подключенный к сканирующему модулю, а визуализирующий модуль выполнен с возможностью проводить визуализацию в соответствии с информацией, отправленной сканирующим модулем. Вычислительный модуль выполнен с возможностью получать фактическую информацию о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области с помощью выполнения вычислений в соответствии с ультразвуковыми изображениями в В-режиме, созданными визуализирующим модулем. В частности, вычислительный модуль вычисляет смещение между ультразвуковым изображением в В-режиме до воздействия ультразвука и ультразвуковым изображением в В-режиме после воздействия ультразвука с помощью двухмерного алгоритмом сопоставления блоков с переходом от грубого к точному шаблону поиска, а затем определяет фактическую информацию о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области в соответствии с вычисленным смещением и предварительно полученной соответствующей взаимосвязью между смещениями и информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, а соответствующая взаимосвязь может быть получена заранее с помощью алгоритма глубокого обучения. Оценочный модуль может отправлять фактическую информацию о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, полученную вычислительным модулем расчета, в дисплейный модуль для ее отображения. Оценочный модуль дополнительно выполнен с возможностью определять параметры дозы ультразвука в соответствии с фактической информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, полученной вычислительным модулем, и информацией (которая может включать в себя идентификационные данные пациента и историю болезни пациента) целевого объекта, хранящейся в запоминающем модуле, и отправлять параметры дозы ультразвука и фактическую информацию о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области в определяющий модуль в качестве справочной информации для медицинского персонала. Определяющий модуль может отправлять параметры дозы ультразвука в генерирующий модуль, а генерирующий модуль выполнен с возможностью регулировать параметр фактического времени воздействия, параметр фактического режима воздействия и параметр фактического положения воздействия в соответствии с параметрами дозы ультразвука. Кроме того, определяющий модуль может быть подключен к сканирующему модулю для отправки инструкции управления на сканирующий модуль; и ультразвуковой преобразователь может иметь более трех параметров технических характеристик (например, диаметр элемента, радиус кривизны и выходная мощность).[0053] As shown in Fig. 6, which is a block diagram of a system for determining ultrasound dose parameters according to an embodiment of the present disclosure, the system for determining ultrasound dose parameters may include a scanning module, an imaging module, a computing module, an evaluation module, a storage module, a determining module, a display module, and a generating module. In addition to the modules shown in Fig. 6, the system for determining ultrasound dose parameters may further include an ultrasound transducer excitation system, a HIFU control system, and a water purification system. The scanning module is configured to scan a target object and send information obtained by scanning to an imaging module connected to the scanning module, and the imaging module is configured to perform imaging in accordance with the information sent by the scanning module. The computing module is configured to obtain actual information on the distribution of absorbed ultrasound energy in the focal region by performing calculations according to B-mode ultrasound images generated by the imaging module. Specifically, the computing module calculates the offset between the B-mode ultrasound image before the ultrasound exposure and the B-mode ultrasound image after the ultrasound exposure using a two-dimensional block matching algorithm with a transition from a coarse to a fine search pattern, and then determines the actual information on the distribution of absorbed ultrasound energy in the focal region according to the calculated offset and a previously obtained corresponding relationship between the offsets and the information on the distribution of absorbed ultrasound energy in the focal region. The corresponding relationship can be obtained in advance using a deep learning algorithm. The evaluation module can send the actual information on the distribution of absorbed ultrasound energy in the focal region, obtained by the computing module, to the display module for display. The evaluation module is further configured to determine the ultrasound dose parameters in accordance with the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region obtained by the computing module and the information (which may include the patient's identification data and the patient's medical history) of the target object stored in the storage module, and to send the ultrasound dose parameters and the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region to the determining module as reference information for the medical personnel. The determining module can send the ultrasound dose parameters to the generating module, and the generating module is configured to adjust the actual exposure time parameter, the actual exposure mode parameter, and the actual exposure position parameter in accordance with the ultrasound dose parameters. In addition, the determining module can be connected to the scanning module to send a control instruction to the scanning module; and the ultrasonic transducer can have more than three technical characteristic parameters (for example, the element diameter, the radius of curvature, and the output power).
[0054] Как показано на фиг. 7, которая представляет собой блок-схему алгоритма выбора преобразователя в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего раскрытия, соответствующая взаимосвязь между выходной мощностью ультразвуковых преобразователей и эталонной информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области получается заранее, один преобразователь выбирается из множества преобразователей, отличающихся по выходной мощности, в соответствии с фактическим состоянием пациента, фактическая информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, т.е. величина акустической энергии, выдаваемая ультразвуковым преобразователем в пораженную заболеванием область, определяется в соответствии с выбранным преобразователем, затем определяется, соответствует ли в определенной степени величина акустической энергии, выдаваемая ультразвуковым преобразователем в пораженную заболеванием область, самой пораженной заболеванием области, то есть определяется, меньше ли разница между фактической информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и эталонной информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, определенной согласно соответствующему соотношению, чем предварительно заданное пороговое значение, и если разница меньше предварительно заданного порогового значения, составляется соответствующий план лечебной процедуры в соответствии с выбранным в данный момент преобразователем (то есть параметры дозы ультразвука определяются в соответствии с фактической информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и информацией о целевом объекте), а если разница не меньше предварительно заданного порога, выбирается другой преобразователь из множества преобразователей, отличающихся по выходной мощности, пока разница между фактической информацией о распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, соответствующая повторно выбранному преобразователю, и информацией об опорном распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области, соответствующей повторно выбранному преобразователю, не станет меньше предварительно заданного порога.[0054] As shown in Fig. 7, which is a flow chart of a transducer selection algorithm according to one embodiment of the present disclosure, a corresponding relationship between the output power of the ultrasonic transducers and the reference information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region is obtained in advance, one transducer is selected from a plurality of transducers differing in output power, according to the actual condition of the patient, the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region, i.e. the amount of acoustic energy emitted by the ultrasonic transducer to the area affected by the disease is determined in accordance with the selected transducer, then it is determined whether the amount of acoustic energy emitted by the ultrasonic transducer to the area affected by the disease corresponds to a certain degree to the area affected by the disease itself, that is, it is determined whether the difference between the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal area and the reference information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal area determined according to the corresponding ratio is less than a predetermined threshold value, and if the difference is less than the predetermined threshold value, an appropriate treatment plan is drawn up in accordance with the currently selected transducer (that is, the ultrasound dose parameters are determined in accordance with the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal area and the information on the target object), and if the difference is not less than the predetermined threshold, another transducer is selected from a plurality of transducers differing in output power, until the difference between the actual information on the distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region corresponding to the re-selected transducer and the information about the reference distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region corresponding to the re-selected transducer will not become less than a pre-set threshold.
[0055] Как показано на фиг. 8, в способе определения параметров дозы ультразвука, предложенном согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия, после того, как параметры воздействия ультразвука настроены в соответствии с определенными параметрами дозы ультразвука и отрегулированы такие параметры, как фактическое время воздействия, фактический режим воздействия и фактическое положение воздействия, смещение между ультразвуковыми изображениями в В-режиме может непрерывно контролироваться во время лечебной процедуры, чтобы непрерывно сравнивать информацию о поглощенной энергии ультразвука в фокальной области в реальном времени с информацией об эталонной поглощенной энергии ультразвука в фокальной области и непрерывно корректировать план воздействия ультразвуком для дальнейшего получения наилучшего плана воздействия дозы ультразвука.[0055] As shown in Fig. 8, in the method for determining the ultrasound dose parameters proposed according to the embodiments of the present disclosure, after the ultrasound exposure parameters are set according to the determined ultrasound dose parameters and parameters such as the actual exposure time, the actual exposure mode and the actual exposure position are adjusted, the offset between the B-mode ultrasound images can be continuously monitored during the treatment procedure to continuously compare the information about the absorbed ultrasound energy in the focal region in real time with the information about the reference absorbed ultrasound energy in the focal region and continuously adjust the ultrasound exposure plan to further obtain the best ultrasound dose exposure plan.
[0056] Согласно настоящему раскрытию дополнительно предложено электронное устройство, включающее в себя:[0056] According to the present disclosure, there is further provided an electronic device including:
один или несколько процессоров; иone or more processors; and
запоминающее устройство, в котором хранится одна или несколько программ;a storage device that stores one or more programs;
одна или несколько программ при их выполнении на одном или нескольких процессорах заставляют один или несколько процессоров реализовывать описанный выше способ определения параметров дозы ультразвука.one or more programs, when executed on one or more processors, cause one or more processors to implement the above-described method for determining ultrasound dose parameters.
[0057] Согласно настоящему раскрытию дополнительно предложен носитель данных для компьютера, на котором хранится компьютерная программа, которая при своем выполнении реализует способ определения параметров дозы ультразвука, который описан выше.[0057] According to the present disclosure, a data carrier for a computer is further provided, on which a computer program is stored, which, when executed, implements the method for determining ultrasound dose parameters, which is described above.
[0058] В настоящее время существуют следующие трудности в области оценки дозы ультразвука и ее воздействия в процедуре HIFU-терапии:[0058] Currently, the following difficulties exist in the field of ultrasound dose assessment and its effects in the HIFU therapy procedure:
[0059] Во-первых, разные пациенты сильно различаются по акустическим и термическим характеристикам тканей человека и скорости перфузии крови, а в существующем теоретическом моделировании обычно используются фиксированные значения акустических и тепловых параметров, но экспериментальные исследования показывают, что характерные параметры тканей в целевой области изменяются во время образования коагуляционного некроза.[0059] Firstly, different patients have great differences in the acoustic and thermal characteristics of human tissues and blood perfusion rates, and existing theoretical modeling generally uses fixed values of acoustic and thermal parameters, but experimental studies show that the characteristic parameters of tissues in the target area change during the formation of coagulative necrosis.
[0060] Ввиду вышеуказанной трудности Гарнье и соавторы измерили взаимосвязь между коэффициентами затухания ультразвука в различных тканях и изменениями температуры, и такая взаимосвязь ближе к экспериментальному результату, чем моделирование с использованием фиксированного коэффициента затухания.[0060] In view of the above difficulty, Garnier et al. measured the relationship between the ultrasound attenuation coefficients in different tissues and temperature changes, and such a relationship is closer to the experimental result than the simulation using a fixed attenuation coefficient.
[0061] Во-вторых, для создания имитационной модели большинство существующих нелинейных моделей ультразвуковых полей используют уравнение Хохлова-Заболотской-Кузнецова (ХЗК) или уравнение Вестервельта или уравнение Бюргерса, и хотя эти модели являются точными во многих практических приложениях, эти модели по-прежнему ограничены моделированием направленных пучков и обычно рассматривают только одностороннее распространение в однородной среде, и поэтому в некоторых случаях они не являются достаточно точными.[0061] Secondly, to create a simulation model, most of the existing nonlinear models of ultrasonic fields use the Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov (KZK) equation or the Westervelt equation or the Burgers equation, and although these models are accurate in many practical applications, these models are still limited to modeling guided beams and usually only consider one-way propagation in a homogeneous medium, and therefore they are not accurate enough in some cases.
[0062] В-третьих, во время клинического лечения по технологии HIFU-терапии ультразвуковые пучки могут проходить через несколько слоев тканей, таких как кожа, жир и мышцы, несколько слоев тканей неравномерны по толщине и имеют нерегулярные границы, интенсивность ультразвукового поля может быть уменьшена слоем ткани в тракте прохождения звукового пучка из-за затухания, при этом влияние затухания более существенно в нелинейных случаях, а гармоника наиболее высокой частоты, используемая в процедуре HIFU-терапии, затухает в большей степени.[0062] Third, during clinical treatment using HIFU therapy technology, ultrasonic beams can pass through multiple tissue layers such as skin, fat and muscle, multiple tissue layers are uneven in thickness and have irregular boundaries, the intensity of the ultrasonic field can be reduced by the tissue layer in the path of the sound beam due to attenuation, and the effect of attenuation is more significant in nonlinear cases, and the highest frequency harmonic used in the HIFU therapy procedure is attenuated to a greater extent.
[0063] Согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия можно в большой степени преодолеть вышеуказанную трудность, заранее получив соответствующую взаимосвязь между выходной мощностью ультразвуковых преобразователей и информацией об эталонном распределении поглощенной энергии ультразвука в фокальной области.[0063] According to embodiments of the present disclosure, the above difficulty can be largely overcome by obtaining in advance a corresponding relationship between the output power of the ultrasonic transducers and information about the reference distribution of the absorbed ultrasound energy in the focal region.
[0064] Специалисты обычной квалификации в данной области техники могут понимать, что функциональные модули/блоки во всех или некоторых стадиях и устройства в раскрытом выше способе могут быть реализованы в виде программного обеспечения, встроенного программного обеспечения, аппаратного обеспечения или подходящих комбинаций из них. В случае реализации в виде аппаратного обеспечения разделение между функциональными модулями/блоками, указанное выше, не обязательно соответствует разделению на физические компоненты; например, один физический компонент может иметь несколько функций, или одна функция или стадия могут быть выполнены благодаря совместной работе нескольких физических компонентов. Некоторые или все физические компоненты могут быть реализованы как программное обеспечение, выполняемое процессором, таким как центральный процессор, цифровой сигнальный процессор или микропроцессор, или могут быть реализованы как аппаратное обеспечение, или могут быть реализованы как интегральная схема, такая как специализированная заказная интегральная схема. Такое программное обеспечение может распространяться на машиночитаемом носителе, в качестве которого может выступать носитель данных для компьютера (или энергонезависимый носитель) и коммуникационная среда (или энергозависимый носитель). Как хорошо известно специалистам обычной квалификации в данной области техники, термин «носитель данных для компьютера» включает в себя энергозависимые/энергонезависимые и съемные/несъемные носители, используемые в любом способе или технологии для хранения информации (например, машиночитаемые инструкции, структуры данных, программные модули и другие данные). Носитель данных для компьютера включает в себя, помимо прочего, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ), флеш-память или устройства по другим технологиям памяти, постоянное запоминающее устройство на компакт-диске (CD-ROM), цифровой многоцелевой диск (DVD) или другую оптическую дисковую память, магнитную кассету, магнитную ленту, магнитный диск или другие магнитные запоминающие устройства или любой другой носитель, который может быть выполнен с возможностью хранения необходимой информации и к которому может получить доступ компьютер. Более того, специалистам обычной квалификации в данной области техники хорошо известно, что коммуникационная среда обычно включает в себя считываемые компьютером команды программы, структуры данных, модули программ или другие данные в виде модулированного сигнала данных, например, волны несущей частоты сигнала или другого механизма передачи, и может включать в себя любую среду передачи информации.[0064] Those of ordinary skill in the art may understand that the functional modules/blocks in all or some of the stages and devices in the method disclosed above may be implemented as software, firmware, hardware, or suitable combinations thereof. In the case of implementation as hardware, the division between the functional modules/blocks specified above does not necessarily correspond to the division into physical components; for example, one physical component may have several functions, or one function or stage may be performed by the joint operation of several physical components. Some or all of the physical components may be implemented as software executed by a processor, such as a central processing unit, a digital signal processor, or a microprocessor, or may be implemented as hardware, or may be implemented as an integrated circuit, such as an application-specific integrated circuit. Such software may be distributed on a machine-readable medium, which may be a computer storage medium (or non-volatile medium) and a communication medium (or volatile medium). As is well known to those of ordinary skill in the art, the term "computer storage medium" includes volatile/nonvolatile and removable/non-removable media used in any method or technology for storing information (e.g., computer-readable instructions, data structures, program modules and other data). Computer storage medium includes, but is not limited to, random access memory (RAM), read-only memory (ROM), electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), flash memory or other memory technologies, compact disc read-only memory (CD-ROM), digital versatile disk (DVD) or other optical disk memory, magnetic cassette, magnetic tape, magnetic disk or other magnetic storage devices, or any other medium that can be configured to store the necessary information and that can be accessed by a computer. Moreover, it is well known to those of ordinary skill in the art that the communication medium typically includes computer-readable program instructions, data structures, program modules, or other data in the form of a modulated data signal, such as a carrier wave or other transmission mechanism, and may include any information transmission medium.
[0065] Настоящее раскрытие раскрывает приведенные в качестве примера варианты осуществления с использованием конкретных терминов, но термины просто используются и должны интерпретироваться только как имеющие общие иллюстративные значения, а не используемые в целях ограничения. Если явно не указано иное, то для специалистов обычной квалификации в данной области техники очевидно, что признаки, характеристики и/или элементы, описанные в связи с конкретным вариантом осуществления, могут использоваться отдельно или в сочетании с признаками, характеристиками и/или элементами, описанными в связи с другими вариантами осуществления. Поэтому специалисты обычной квалификации в данной области техники должны понимать, что различные изменения в формах и деталях могут быть сделаны без отступления от объема настоящего раскрытия согласно приложенной формуле изобретения.[0065] The present disclosure discloses exemplary embodiments using specific terms, but the terms are merely used and should be interpreted only as having general illustrative meanings and not used for limiting purposes. Unless explicitly indicated otherwise, it will be apparent to those of ordinary skill in the art that features, characteristics, and/or elements described in connection with a particular embodiment can be used alone or in combination with features, characteristics, and/or elements described in connection with other embodiments. Therefore, those of ordinary skill in the art will understand that various changes in forms and details can be made without departing from the scope of the present disclosure according to the appended claims.
Claims (21)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210789207.6 | 2022-07-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2024139693A RU2024139693A (en) | 2025-01-21 |
| RU2848154C2 true RU2848154C2 (en) | 2025-10-16 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6036661A (en) * | 1997-05-02 | 2000-03-14 | Hmt Holding Ag | Apparatus for administering acoustic shock waves |
| CN2649116Y (en) * | 2003-09-05 | 2004-10-20 | 绵阳索尼克电子有限责任公司 | Supersonic therapeutic instrument |
| CN107789752A (en) * | 2016-08-31 | 2018-03-13 | 重庆海扶医疗科技股份有限公司 | Focusing ultrasonic therapeutic system |
| RU2661766C2 (en) * | 2013-02-25 | 2018-07-19 | Конинклейке Филипс Н.В. | High-intensity focused ultrasound irradiation |
| CN110465008A (en) * | 2019-08-28 | 2019-11-19 | 黄晶 | A kind of focusing ultrasonic therapeutic system |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6036661A (en) * | 1997-05-02 | 2000-03-14 | Hmt Holding Ag | Apparatus for administering acoustic shock waves |
| CN2649116Y (en) * | 2003-09-05 | 2004-10-20 | 绵阳索尼克电子有限责任公司 | Supersonic therapeutic instrument |
| RU2661766C2 (en) * | 2013-02-25 | 2018-07-19 | Конинклейке Филипс Н.В. | High-intensity focused ultrasound irradiation |
| CN107789752A (en) * | 2016-08-31 | 2018-03-13 | 重庆海扶医疗科技股份有限公司 | Focusing ultrasonic therapeutic system |
| CN110465008A (en) * | 2019-08-28 | 2019-11-19 | 黄晶 | A kind of focusing ultrasonic therapeutic system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114144228B (en) | Correction of deviations for dynamically changing media during ultrasound therapy | |
| RU2707037C2 (en) | Adaptive ablation and therapy system and method based on elastographic monitoring | |
| US11730452B2 (en) | Systems and methods for regulating microbubbles in ultrasound procedures | |
| JP6618537B2 (en) | System and method for optimizing transcranial ultrasound treatment | |
| JP6006473B2 (en) | System and method for tracking and guiding a dense focused ultrasound beam | |
| JP7417740B2 (en) | Adaptive single-bubble-based automatic focus and power adjustment in ultrasound procedures | |
| US9028470B2 (en) | Image-guided renal nerve ablation | |
| JP2020505134A (en) | Cavitation location | |
| KR20120131552A (en) | Method and system for diagnosis and treatment using ultrasound | |
| JP2008509777A (en) | Treatment of tissue damage by image guidance using ultrasound | |
| JP2022500092A (en) | Adaptive sampling of k-space during MR-guided non-invasive therapy | |
| KR20140113172A (en) | Method and apparatus for making a plan of ultrasonic irradiation, and an ultrasonic irradiation method | |
| Zhou | Generation of uniform lesions in high intensity focused ultrasound ablation | |
| US20100041989A1 (en) | Use of ultrasound as an antivascular agent | |
| N’djin et al. | Active MR‐temperature feedback control of dynamic interstitial ultrasound therapy in brain: In vivo experiments and modeling in native and coagulated tissues | |
| RU2848154C2 (en) | Method for determining ultrasound dose parameters, electronic device and data carrier for a computer | |
| Curiel et al. | Focused ultrasound treatment of VX2 tumors controlled by local harmonic motion | |
| Naziba et al. | Simulation of high intensity focused ultrasound device in healthcare application for non-invasive heat induced tissue ablation | |
| CN111863227A (en) | Ultrasonic focus control method, device, electronic device and storage medium | |
| KR20250029947A (en) | Method for determining ultrasound dose parameters, electronic device and computer storage medium | |
| Strohbehn | Evaluation of hyperthermia equipment | |
| Zhu et al. | Quantitative assessment of damage during MCET: a parametric study in a rodent model | |
| Sohrab et al. | Ultrasound thermotherapy of breast: theoretical design of transducer and numerical simulation of procedure | |
| Garay Badenian et al. | Ultrasound as Transcranial Neuroablation Tool in Phantoms: Preliminary Experimental Results | |
| Chen et al. | Integrated Real-Time Therapy and Monitor Study of a Dual-Frequency Focusing Transducer Based on Vibroacoustic Signals |